Programme de colles n 15 du 21 au 25 janvier Chapitre 1 : Les phénomènes de transport Signaux et phénomènes de transport Chapitre 2 : étude des circuits électriques en régime stationnaire Chapitre 3 : Régimes transitoires du premier ordre Introduction I. Analyse expérimentale d un régime transitoire en électrocinétique : comportement d un condensateur 1. Présentation du dipôle condensateur 2. Réponse à un échelon de tension : régime transitoire 3. Propriétés particulières du condensateur 4. Définitions : régimes transitoire, permanent, permanent stationnaire II. Analyse mathématique : équation différentielle linéaire du premier ordre 1. Notion de régime quasi-stationnaire 2. Établissement de l équation différentielle 3. Méthode générale de résolution d une équation différentielle linéaire du premier ordre 4. Résolution dans le cadre de la charge et de la décharge du condensateur 5. Notion de constante de temps III. Aspects énergétiques 1. Étude énergétique du condensateur 2. Bilan énergétique au sein du circuit lors de la charge et lors de la décharge d un condensateur IV. Ouverture : analogie avec les transferts particulaires et thermiques Caractéristiques d un condensateur (relier la tension, la charge et l intensité) Continuité de la tension aux bornes du condensateur Comportement d un condensateur en régime permanent Notion de constante de temps, définition de la constante de temps dans le cadre d un circuit Capacité équivalente selon le type d association de condensateur. Énergie emmagasinée par un condensateur. Déterminer l équation différentielle caractéristique d un circuit Résoudre des équations différentielles linéaires du premier ordre Déterminer des conditions initiales Tracer des graphes de type exponentiel Déterminer la constante de temps par analyse graphique. Effectuer un bilan énergétique au cours d un régime transitoire. Déterminer l équation différentielle dans le cadre d un régime transitoire en transfert thermique (diffusion de particule avec de l aide) Colles15 Page 1
Chapitre 2 : Structure électronique des atomes Structure de la matière I. Introduction à la mécanique quantique 1. Interaction lumière matière 2. Quantification des niveaux d énergie des atomes : exemple de l atome d hydrogène 3. Évolution du modèle de l atome modèle de Bohr (à titre d information) 4. Fondement de la mécanique quantique 5. Fonction d onde décrivant un électron dans un atome : orbitale atomique II. Description quantique de l électron de l atome d hydrogène 1. Nombre quantique principal et couches électroniques 2. Nombre quantique secondaire et sous-couches électroniques 3. Nombre quantique magnétique et notion d orbitale atomique (OA) 4. Notion de rayon orbitalaire 5. Représentation géométrique des orbitales s et p III. Atomes polyélectroniques 1. Approximation monoélectronique et ordre énergétique des OA pour les atomes polyélectroniques 2. Le spin de l électron et le principe de Pauli 3. Configuration électronique d un atome dans son état fondamental 4. Électrons de cœur, électrons de valence 5. Configurations électroniques des ions monoatomiques dans leur état fondamental IV. Construction et analyse de la classification périodique 1. Histoire de la classification périodique 2. Principe de construction de la classification périodique actuelle 3. Familles et blocs du tableau périodique 4. Évolution de quelques propriétés dans la classification Lien entre l énergie de la lumière absorbée et la différence d énergie des niveaux énergétique d un atome. Signification physique de la fonction d onde, densité de probabilité de présence de l électron = densité électronique. Relation donnant l énergie des OA de l atome d hydrogène en fonction du nombre quantique principal. Définition des quatre nombres quantiques, valeurs prises par ces nombres quantiques. Règles de Klechkowski, Pauli et Hund. Représentations usuelles des OA (savoir qu elles représentent des surfaces d isodensité). Relation entre la structure de la classification périodique et les configurations électroniques des éléments. Forme en bloc de la classification périodique, familles d éléments. Évolution du rayon atomique, de l électronégativité (Définition de l électronégativité) Savoir calculer la longueur d onde émise ou absorbée en fonction de la différence d énergie des niveaux mis en jeu. Pouvoir donner et justifier la configuration électronique d un atome ou d un ion. Retrouver la configuration électronique d un élément à partir de sa position dans la classification périodique et inversement. Chapitre 3 : Molécules diatomiques et polyatomiques : le modèle de la liaison covalente de Lewis I. La liaison covalente et le modèle de Lewis 1. Notion de liaison chimique 2. Électrons engagés dans une liaison : les électrons de valence Schéma de Lewis des atomes 3. Théorie de Lewis de la liaison covalente localisée 4. Méthode systématique pour dessiner la représentation de Lewis des édifices polyatomiques 5. Nombre de charges formelles 6. Exemples de représentation d édifices neutres possédant des charges formelles II. Représentations de Lewis ne respectant pas la règle de l octet 1. Composés déficients en électrons Colles15 Page 2
2. Composés hypervalents 3. Cas des éléments de transition (hors programme) III. Géométrie des édifices polyatomiques : méthode VSEPR de Gillespie 1. Principe de la méthode et nomenclature de Gillespie 2. Figures de répulsion 3. Nomenclature de Gillespie et géométrie de la molécule 4. Modification des angles de liaison 5. Limite de la méthode VSEPR IV. Polarité des molécules 1. Moment dipolaire d une liaison entre deux atomes différents 2. Moment dipolaire d une molécule 3. Exemples de molécules polaires et apolaires Formation d une liaison chimique : longueur de liaison et énergie de liaison Définition de la liaison covalente de Lewis Règle de stabilité : duet et octet Représentation de Lewis Nombre d électrons de valence apparent, nombre de charges formelles Représentation de Lewis ne respectant pas la règle de l octet. Méthode VSEPR et nomenclature de Gillespie. Moment dipolaire d une liaison et des molécules. Savoir trouver les représentations de Lewis de molécules par une méthode systématique Savoir placer les charges formelles sur des molécules neutres ou des ions Savoir repérer les représentations de Lewis ne respectant pas la règle de l octet, en particulier les composés hypervalents. Savoir trouver la géométrie d une molécule à l aide de la méthode VSEPR Savoir justifier les modifications des angles de liaisons. Savoir déterminer si une molécule est polaire ou non et représenter le moment dipolaire. Chapitre 1 : Le noyau atomique I. Rappel sur la structure des atomes et du noyau atomique 1. Constitution de l atome 2. Différence entre atome et élément chimique notion d isotope 3. Masse molaire atomique d un élément II. Stabilité des noyaux 1. Origine de la cohésion des noyaux Défaut de masse des noyaux et énergie de liaison des noyaux 2. Énergie de liaison par nucléon et stabilité des noyaux III. Radioactivité spontanée 1. Lois de conservation et différents types de désintégration radioactives 2. Activité et décroissance radioactive IV. Fission et fusion nucléaire 1. Fission nucléaire 2. Fusion nucléaire Constitution de l atome, numéro atomique, nombre de masse, Symbole de l atome. Définitions : élément chimique, isotope, masse molaire atomique isotopique, masse molaire atomique. Cohésion des noyaux : notion de défaut de masse des noyaux, énergie de liaison (équivalence masse énergie). Notion de vallée de stabilité, définition de la radioactivité. Types de radioactivité : α, β+, β et γ, lois de conservation. Activité radioactive, décroissance radioactive, temps de demi-vie de la décroissance radioactive. Principe de la fission et de la fusion. Utiliser la loi d équivalence masse-énergie. Commenter les ordres de grandeur des énergies mises en jeu dans les unités adaptées. Écrire le bilan d une réaction nucléaire. Utilisation du temps de demi-vie et de l expression de la décroissance radioactive. Colles15 Page 3
Communiquer Valider Réaliser Analyser S approprier Compétences générales évaluées Comprendre ce qui est attendu dans un énoncé Extraire les informations d un énoncé Modéliser une situation concrète Relier le problème à une situation modèle connue Identifier les domaines de la discipline, les lois, les grandeurs physiques ou chimiques à utiliser Décomposer le problème posé en des problèmes plus simples afin de construire l ensemble du raisonnement avant de commencer Savoir exploiter des informations sous formes diverses (valeurs numériques, graphique, tableau, spectre, etc.) Formuler une hypothèse, construire un modèle Définir le système d étude Construire un raisonnement scientifique logique Maîtriser ses connaissances Réinvestir ses connaissances Savoir mettre en place des équations mathématiques pour résoudre un problème physique ou chimique Savoir mener efficacement les calculs analytiques Savoir déterminer une expression littérale Savoir effectuer des applications numériques correctes (conversion d unités si besoin), avec le bon nombre de chiffres significatifs Vérifier l homogénéité des formules lors d un calcul S assurer que l on a répondu à la question posée Exercer son esprit critique sur la pertinence d un résultat (ordre de grandeur, comparaison avec des résultats connus, précision d une mesure ), d une hypothèse, d un modèle Interpréter des résultats Valider ou invalider une hypothèse, une information, une loi Confronter un modèle au réel, confronter un modèle mathématique à des résultats expérimentaux (identification du graphe à tracer, régression, ) Faire preuve d initiative Demander une aide pertinente S exprimer de manière claire, concise et avec assurance Utiliser le tableau de manière claire et lisible Utiliser un vocabulaire scientifique adapté et rigoureux Réagir face à une situation difficile (erreurs dans le raisonnement, erreurs de calcul, etc.) Tenir compte des aides et des commentaires du correcteur Colles15 Page 4
Compte-rendu de la colle Interrogateur(trice) : groupe : Nom Description du sujet, commentaires et note Colles15 Page 5